KR100704071B1

KR100704071B1 - 광섬유 인선용 전기로

Info

Publication number: KR100704071B1
Application number: KR1020060014035A
Authority: KR
Inventors: 양영규; 김영기; 김지성
Original assignee: 엘에스전선 주식회사
Priority date: 2006-02-14
Filing date: 2006-02-14
Publication date: 2007-04-09

Abstract

본 발명에 따른 광섬유 인선용 전기로(furnace)는, 전기로 본체를 이루는 하우징 내에서 광섬유 모재를 감싸도록 설치되어 그 내부에 광섬유 모재를 수용하는 발열체와, 발열체의 양단에 설치되어 전원 공급원으로부터 전력을 공급받아 발열체를 가열하고, 발열체의 일단 또는 타단에 설치된 어느 하나는 발열체의 열팽창 또는 수축에 대응하여 발열체의 길이 방향으로 이동 가능한 파워 플랜지와, 파워 플랜지의 이동시 이를 지지함과 동시에 발열체의 열팽창시 발열체의 길이축에 수직한 방향에 대하여 발열체를 정렬(align)시키는 가이드 부재를 포함한다.

본 발명에 따르면, 발열체의 열팽창 또는 수축에 의한 발열체의 상대적인 움직임에 대응하여 파워 플랜지가 함께 이동함으로써, 발열체와 파워 플랜지간의 접촉 불안정성을 감소시킬 수 있다.

광섬유 인선, 전기로, 발열체, 스틸바(steel bar), 부싱(bushing)

Description

광섬유 인선용 전기로{Furnace for drawing down optical fiber preform into optical fiber}

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 종래 기술에 따른 광섬유 인선 공정을 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 도 1의 발열체의 변형 전, 후의 형태를 도시한 확대도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 인선용 전기로의 구성 및 인선 공정을 개략적으로 도시한 도면.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

100..하우징 5..광섬유 모재 5'..광섬유

200..발열체 210..접속 부재 300..파워 플랜지

310..부싱(bushing) 400..가이드 부재

본 발명은 광섬유 인선(drawing)용 전기로(furnace)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인선 공정에서 그 열원으로 전기로를 사용하는 경우 열에 의한 발열체의 열팽창 또는 수축에 따라 이동 가능한 파워 플랜지가 구비된 광섬유 인선용 전기로 및 이를 이용한 광섬유 인선 방법에 관한 것이다.

일반적인 광섬유 제조 방법은 크게, 광섬유 모재(preform)을 형성하는 공정과, 광섬유 모재로부터 광섬유를 인선하는 공정으로 이루어진다.

구체적으로, 광섬유 모재를 제조하는 대표적인 공정기술로는 수정화학 기상증착(MCVD, 이하 MCVD라고 한다), 기상축증착(Vapor-phase Axial Deposition: VAD), 외부기상증착(Outside Vapor Deposition: OVD) 공법 등을 들 수 있다.

MCVD 공법은 내부증착방식으로 클래드 및 코어를 순차적으로 형성하는 제조방법으로서, 회전하는 석영튜브 내부에 SiCl₄, GeCl₄, POCl₃ 등 할라이드(halide)계열의 반응가스를 산소가스와 함께 주입하면서, 열원을 이용하여 석영튜브를 가열하면 석영튜브 내에 미세한 수트 입자들이 증착 및 소결되어 클래드 및 코어층을 형성하는 방법이다.

VAD 공법은, 석영봉의 하단에서 산소 가스와 함께 SiCl₄, GeCl₄등의 반응가스를 주입하면서 열원을 이용하여 가열하면 가수분해 반응이 유발된다. 이에 따라 석영봉의 하단에 원형봉상의 수트에서 만들어진 다공질 모재가 형성되면, 이를 끌어 올려 전기로에서 가열 및 용해시키고 이를 연속적으로 유리화시켜 광섬유 모재를 형성하는 방법이다.

OVD 공법은, 회전하는 석영봉 외부에 SiCl₄, GeCl₄, POCl₃ 등 할라이드(halide)계열의 반응가스를 산소가스와 함께 불어넣고 화염을 이용하여 반응가스를 가열하면 가수분해 반응이 유발되어 미세한 수트 입자가 생성되고, 이를 다층으로 증착시키는 방법이다.

상술한 방법 등에 의해 광섬유 모재가 제조되면, 이를 가열 및 용융하여 미세 직경의 광섬유로 인선한다.

도 1은 상술한 광섬유 제조 과정 중 광섬유 모재로부터 광섬유를 인출하는 인선 공정을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 파워 플랜지(10)를 통해 전력을 공급받아 발열체(20)가 발열되고, 이에 따라 용융공간(전기로 내부)은 1800℃ 이상의 온도가 유지된다. 그리고 나서, 광섬유 모재(1)를 서서히 용융시켜 광섬유 모재(1)의 하단으로부터 광섬유(1')를 인선한다. 이때, 발열체(20)는 열팽창 또는 수축된다. 그러면 발열체(20)의 양단에 고정된 파워 플랜지(10)는 발열체(20)의 상대적인 움직임을 구속하기 때문에 파워 플랜지(10)와 발열체(20) 사이에는 응력이 지속적으로 유발된다. 이에 따라 도 2에 도시된 바와 같이 발열체(20)는 원래의 형상(도 2의 점선 참조)에서 그 양단이 팽창되어 구부러진 형상(도 2의 실선 참조)으로 변형되거나 또는 발열체(20)에 크랙(crack)이 발생된다. 특히, 이러한 현상은 발열체(20)의 중심부보다 파워 플랜지(10)와 연결된 양단에 집중되고, 파워 플랜지(10)의 변형을 유발하거나 파워 플랜지(10)와 발열체(20)의 안정적인 전기적 연결을 방해하여 전기로 내부의 온도 분포를 불균일하게 만드는 원인이 된다. 이에 따라 광섬유(1')가 길이 방향에 대하여 품질이 불균일해지는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 미국특허 제 2005-0115278호에서는 스프링바를 발열체에 연결시키고, 발열체의 열팽창 또는 수축에 따른 움직임에 따라 스프링이 탄성적으로 변형되어 발열체의 상대적인 움직임에 대응하였다. 그러나 이러한 방법은, 스프링의 탄성 계수에 따라 발열체에서 받는 응력이 달라지기 때문에 발열체의 움직임에 적합한 탄성 계수를 지닌 스프링을 선정하기가 곤란한 한계점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 인선 공정에서 발열체의 열팽창 또는 수축에 의해 발열체와 발열체의 접촉 부위에 유발되는 응력 또는 접촉 불량을 방지할 수 있는 광섬유 인선용 전기로와 이를 이용한 광섬유 인선 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광섬유 제조용 전기로는, 상기 전기로 본체를 이루는 하우징 내에서 광섬유 모재를 감싸도록 설치되어 그 내부에 광섬유 모재를 수용하는 발열체와, 상기 발열체의 양단에 설치되어 전원 공급원으로부터 전력을 공급받아 통해 상기 발열체를 가열하고, 상기 발열체의 일단 또는 타단에 설치된 어느 하나는 발열체의 열팽창 또는 수축에 대응하여 상기 발열체의 길이 방향으로 이동하는 파워 플랜지와, 상기 파워 플랜지의 이동시 이를 지지함과 동시에 발열체의 열팽창시 발열체의 길이축에 수직한 방향에 대하여 발열체를 정렬(align)시키는 가이드 부재를 포함한다.

바람직하게, 상기 가이드 부재는, 스틸바(steel bar)형태로 그 단면이 원형인 상기 파워 플랜지를 상기 단면에 수직한 방향으로 관통한다.

바람직하게, 상기 파워 플랜지와 상기 가이드 부재 사이의 공극에는, 상기 가이드 부재를 따라 이동되는 상기 파워 플랜지에 유연성과 탄력을 제공하는 부싱을 구비한다.

바람직하게, 상기 발열체와 상기 파워 플랜지 사이에 구비되어 상기 발열체와 상기 파워 플랜지를 연결하는 접속 부재를 더 구비한다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 인선용 전기로의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 광섬유 제조용 전기로는, 하우징(100)과, 하우징(100) 내부에 설치된 발열체(200)와, 발열체(200)를 가열시키는 파워 플랜지(300)와, 상기 파워 플랜지(300)의 이동을 지지하는 가이드 부재(400)를 포함한다.

상기 하우징(100)은, 일반적으로 스테인레스 스틸(SUS)로 이루어진 원통형의 전기로 몸체이다. 하우징(100)의 상단에는 광섬유 모재(5)가 공급되기 위한 유입구(110)가 구비되고, 하우징(100)의 하단에는 광섬유 모재(5)로부터 인선된 광섬유(5')가 통과하여 배출되는 유출구(120)가 구비된다.

상기 발열체(200)는, 상기 하우징(100)의 내부에 인입되는 광섬유 모재(5)를 용융공간 내에 수용하고 이를 용융시켜 광섬유(5')로 인선하는 수단이다. 즉, 발열체(200)는 중공을 가진 튜브 형태로 중공에는 광섬유 모재(5)가 관통된다. 이러한 발열체(200)가 전기 저항로 형식인 경우에는 외부로부터 인가되는 전류를 공급받아 발열되고, 유도 가열로 형식인 경우에는 외부로부터 유도 가열되어 발열된다. 예컨대, 상기 발열체(200)는 파워 플랜지(300)를 통해 전류를 인가받아 발열됨으로써 상기 전기로 내부의 온도를 약 1800 내지 2100℃ 로 유지시키고, 광섬유 모재(5)를 용융시킨다. 상기 발열체(200)는 열이 외부로 전달되는 것을 방지하기 위해 열 전도도가 낮고 고온에서 사용할 수 있는 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 예컨대, 고순도의 그라파이트(graphite) 재질이 채용된다.

한편, 상기 발열체(200)는 가열됨에 따라 그 형태가 변형된다. 구체적으로, 발열체(200)는 파워 플랜지(300)로부터 전력을 공급받아 발열되어 열팽창되거나 또는 전기 공급이 중단되면 원래의 형태로 수축된다.

상기 파워 플랜지(300)는, 발열체(200)의 상단 및 하단에 설치되고, 외부의 전원 공급원(미도시)으로부터 전기를 공급받는다. 그리고 공급된 전기를 발열체(200)에 공급함으로써 발열체(200)를 발열시킨다. 따라서 파워 플랜지(300)는, 전기 전도율과 냉각 효율이 좋은 금속, 예컨대 구리(Cu)로 이루어진 것이 바람직하다.

상기 파워 플랜지(300)는, 발열체(200)의 열팽창 또는 수축에 대응되어 그 위치가 발열체(200)의 길이 방향을 따라 상, 하로 이동된다. 즉, 파워 플랜지(300)는, 파워 플랜지(300)와 연결된 발열체(200)의 열팽창 또는 수축에 의한 상대적인 움직임을 구속하지 않고, 발열체(200)의 형태 변형에 대응되는 방향으로 이동된다. 예컨대, 발열체(200)가 열챙창되면, 상기 파워 플랜지(300)도 후술할 가이드 부재(400)를 축으로 하여 발열체(200)의 팽창 방향에 대응하여 상 방향으로 이동하고, 발열체(200)가 수축되면, 수축 방향에 대응하여 하 방향으로 이동한다.

아울러, 파워 플랜지(300) 내부에는 과도한 발열을 억제하기 위해 냉각수로(미도시)가 구비된다. 여기서, 냉각수로는 물이 채용될 수 있다.

본 실시예에서 상기 발열체(200) 및 파워 플랜지(300)는 상단 및 하단에 구비된 접속 부재(210)에 의해 체결된다. 이때, 접속 부재(210)는 발열체(200)와 같은 재질인 그라파이트로 이루어진 것이 바람직하다. 예컨대, 접속 부재(210)는 원통형의 발열체(200)를 감싸도록 링 형상을 가진 접속링이 채용될 수 있다.

상기 가이드 부재(400)는, 파워 플랜지(300)를 관통하여 파워 플랜지(300)와 상호 결합된다. 구체적으로, 가이드 부재(400)는 그 단면이 원형인 파워 플랜지 (300)의 단면에 대하여 수직한 방향으로 파워 플랜지(300)를 관통한다. 이에 따라 가이드 부재(400)는 상기 파워 플랜지(300)가 발열체(200)의 길이 방향으로 이동할 때, 이동축이 되어 파워 플랜지(300)를 지지하는 역할을 한다. 또한, 가이드 부재(400)는 발열체(200)의 길이축에 수직한 방향(이하, 횡 방향)으로의 팽창에 대하여 발열체(200)를 정렬시킨다. 따라서, 가이드 부재(400)는 파워 플랜지(300)의 원형 단면을 관통하되, 단면의 중심부를 중점으로 그 가장자리에 대칭적으로 배치되는 것이 바람직하다. 이때, 발열체(200)를 정렬시키기 위해 적어도 4개 이상의 가이드 부재(400)가 방사상으로 구비된다. 예컨대, 4개의 가이드 부재(400)가 파워 플랜지(300)의 길이축에 대하여 각각 90°의 각도를 가지고 배치되어 발열체(200)의 횡방향에 대해 균일한 힘으로 발열체(400)를 지지한다.

상기 가이드 부재(400)는, 예컨대 바(bar)형상으로 재질은 스틸(steel)인 것이 바람직하다. 스틸바(steel bar)는 금속 재질로서 사용하고 관리하는데 편리하며 또한, 재질 특성상 반영구적으로 사용이 가능하여 경제적이다.

여기서, 상기 가이드 부재(400)와 파워 플랜지(300)의 결합 부위에는 부싱(310)(bushing)이 개재된다. 부싱(310)은 원통형의 얇은 절연체로 이루어져, 가이드 부재(400)를 따라 파워 플랜지(300)가 원활하게 이동될 수 있도록 유연성을 제공한다. 상기 부싱(310)은 폴리우레탄 등의 고무로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 상기 파워 플랜지(300)의 이동에 따라 전기로 내부로 외부 공기가 들어올 수 있는 부분에는 O-링과 같은 실링부(410)가 구비되어 전기로 내부로 외부 공기가 유입되는 것을 차단한다. 또한, 가이드 부재(400)를 전기로의 다른 부위로 부터 전기적으로 절연시키는 절연체(420)가 구비된다.

부가적으로, 본 실시예에 따른 전기로는, 상기 발열체(200)의 열이 외부로 전달되는 것을 방지하기 위해 발열체(200)의 외곽을 감싸는 단열부재(500)를 구비한다.

다음으로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 제조용 전기로를 이용하여 광섬유를 인선하는 과정을 설명한다.

먼저, 하우징(100) 상부의 유입구(110)를 통해 공지의 공급수단(미도시)에 의해 광섬유 모재(5)가 전기로 내부로 공급된다. 그리고, 외부의 전원 공급 장치(미도시)로부터 상기 파워 플랜지(300)를 통해 발열체(200)로 전류가 인가되어 발열체(200)가 발열된다. 여기서, 발열체(200)는 가열되어 전기로 내부를 1800 내지 2100℃ 의 온도로 유지한다. 이때, 발열체(200)는 열에 의해 열팽창되어 길이 방향을 따라 그 양단이 팽창된다. 그러면 발열체(200)의 움직임에 대응하여 발열체(200)와 상호 결합되어 있는 파워 플랜지(300)가 가이드 부재(400)를 축으로 상, 하 방향으로 이동된다.

한편, 전기로 내부로 불활성 가스를 주입시켜 전기로 내부를 불활성 가스 분위기로 만든다. 그러면 상기 불활성 가스는 전기로 내부를 불활성 가스 분위기화 함으로써 전기로 외부로부터 유입되는 외부 공기를 차단한다.

이러한 상태에서, 광섬유 모재(5)가 가열 용융되고, 그 하단으로부터 광섬유(5')가 인선된다. 여기서, 광섬유 모재(5)는 예컨대, 1000mpm 이상의 속도를 가지고 그 직경이 예컨대, 125㎛인 광섬유(5')로 인선된다.

아울러, 인선 공정이 진행되는 동안 전기로 내부에서 발생된 가스는 배기구(미도시)를 통해 전기로 외부로 배출된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명에 따른 광섬유 인선용 전기로는, 발열체의 열팽창 또는 수축에 의한 발열체의 상대적인 움직임에 대응하여 파워 플랜지가 함께 이동함으로써, 발열체와 파워 플랜지간의 접촉 불안정성을 감소시킬 수 있다. 이에 따라 전기로 내부의 온도 분포가 균일하게 형성되며, 인선 공정에서 길이 방향에 따라 균일한 품질의 광섬유를 제조할 수 있다.

또한, 발열체와 파워 플랜지 사이에 집중되는 응력이 감소되어 발열체 및 파워 플랜지의 형태가 변형되는 것을 방지함으로써 장비의 수명을 연장시킬 수 있다.

Claims

광섬유 모재로부터 광섬유를 인선하는 전기로에 있어서,

상기 전기로 본체를 이루는 하우징 내에서 광섬유 모재를 감싸도록 설치되어 그 내부에 광섬유 모재를 수용하는 발열체;

상기 발열체의 양단에 설치되어 전원 공급원으로부터 전력을 공급받아 상기 발열체를 가열하고, 상기 발열체의 일단 또는 타단에 설치된 어느 하나는 발열체의 열팽창 또는 수축에 대응하여 상기 발열체의 길이 방향을 따라 이동 가능한 파워 플랜지; 및

상기 파워 플랜지의 이동시 이를 지지함과 동시에 상기 발열체의 열팽창시 발열체의 길이축에 수직한 방향에 대하여 상기 발열체를 정렬(align)시키는 가이드 부재;를 포함하는 광섬유 인선용 전기로.
제 1항에 있어서,

상기 가이드 부재는, 스틸바(steel bar)형태로 그 단면이 원형인 상기 파워 플랜지를 상기 단면에 수직한 방향으로 관통하는 것을 특징으로 하는 광섬유 인선용 전기로.
제 1항에 있어서,

상기 가이드 부재는, 상기 파워 플랜지에 대하여 방사상으로 4개 이상 구비 되는 것을 특징으로 하는 광섬유 인선용 전기로.
제 1항에 있어서,

상기 파워 플랜지와 상기 가이드 부재 사이에는, 상기 가이드 부재를 따라 이동되는 상기 파워 플랜지에 유연성과 탄력을 제공하는 부싱(bushing)이 개재된 것을 특징으로 하는 광섬유 인선용 전기로.
제 4항에 있어서,

상기 부싱은, 원통형의 얇은 절연체인 것을 특징으로 하는 광섬유 인선용 전기로.
제 1항에 있어서,

상기 발열체와 상기 파워 플랜지 사이에 구비되어 상기 발열체와 상기 파워 플랜지를 연결하는 접속 부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 인선용 전기로.
제 6항에 있어서,

상기 접속 부재는, 원통형의 발열체를 감싸도록 링 형상을 가지고, 그 재질은 그라파이트(graphite)인 것을 특징으로 하는 광섬유 인선용 전기로.
제 1항에 있어서,

상기 발열체와 소정의 간격을 갖고 이격되며 상기 발열체를 감싸도록 설치되어 상기 발열체를 외부 대기로부터 차단시키는 단열재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 인선용 전기로.